CN114573115A

CN114573115A - 蜡样芽孢杆菌fnxj1-2-3在去除废水中六价铬的应用

Info

Publication number: CN114573115A
Application number: CN202111203379.2A
Authority: CN
Inventors: 李朝霞; 顾乃鹏; 仇树梅; 孙国凤; 丁成; 向明灯; 殷浩源; 徐静仪; 刘长青
Original assignee: Yancheng Institute of Technology; Yancheng Institute of Technology Technology Transfer Center Co Ltd
Current assignee: Yancheng Institute of Technology; Yancheng Institute of Technology Technology Transfer Center Co Ltd
Priority date: 2021-08-14
Filing date: 2021-10-15
Publication date: 2022-06-03

Abstract

本发明公开了蜡样芽孢杆菌FNXJ1‑2‑3在去除废水中六价铬的应用，属于微生物技术领域。通过单因素试验和耐受性试验，确定了该菌株对Cr（VI）废水的适宜生物吸附条件为：初始Cr（VI）浓度不超过30 mg/L、初始菌含量为0.9*10^8个/mL~4.5*10^8个/mL、初始pH7.0~pH8.0、吸附时间28~32 h、吸附温度34℃和转速160 r/min。在此优化吸附条件达平衡时，FNXJ1‑2‑3菌株对Cr（VI）废水中Cr（VI）和总铬的去除率分别达77.2%和64.2%。Bacillus cereus FNXJ1‑2‑3活菌体对Cr（VI）废水中的Cr（VI）具有很强的吸附‑还原性、耐受性和抗性，其作用范围分别为初始Cr（VI）浓度0~30 mg/L、40~50 mg/L和≥60 mg/L。

Description

蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3在去除废水中六价铬的应用

技术领域

本发明属于微生物技术领域，具体涉及一种蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3去除废水中六价铬的应用。

背景技术

重金属化合物广泛使用于金属加工、电镀、电子、采矿作业、化肥生产、电池制造和制革厂等工业，是造成重金属直接或间接排放到环境中的原因。被重金属(Cr、Cu、Ni、Co、Pb、Cd、Hg、Ag)和类金属(As)污染的污(废)水和富含重金属的电镀污泥等废渣，具有持久生物毒性而对人类健康和环境造成严重危害，引起人们的极大关注，其中，Cr通常具有 Cr(VI)(Cr(VI))和三价铬(Cr(III))两种氧化态，在生物体中，Cr(VI)一般具有比 Cr(III)更高的化学毒性。因此，本项目以Cr为代表研究重金属污染的危害性。

微生物吸附法治理重金属污染是近年来的研究热点之一，重金属污染处理的生物过程可包含吸附、积累和富集机制，例如微生物代谢物的生物吸附和生物絮凝。Bacilluscereus FNXJ1-2-3(CGMCC No.9683)是本实验室前期从镀槽废液中筛选出的1株优势富镍专利菌株(发明专利ZL 201510291867.1)，展现出较强的吸附(富集)Ni(II)能力。

华中农业大学何敏艳等从铬(Cr)污染的金属电镀废水中分离出的一株梭状芽孢杆菌菌株Lysinibacillus fusiformis ZC1完整基因组信息表明，该菌株具有将毒性Cr(VI)Cr(VI) 还原为毒性较低的三价铬Cr(III)的能力。盐城工学院李朝霞等从造纸废水污灌苇田中典型细菌——蜡样芽孢杆菌的筛选及其用途中给出了一种蜡样芽孢杆菌(Lysinibacillus fusiformis WTXJ1-4，CGMCC No.10053，Genbank No.KP150574，ZL201410853541.9，202010776420.4 (实审))，该菌株能优势降解污灌苇田造纸废水中的COD_Cr和AOX，展现出良好的有机氯污染物去除能力和较强的Cr(VI)吸附-还原能力。

故具有相似基因组信息的Bacillus cereus FNXJ1-2-3理论上可以用于处理Cr(VI)污染或者Cr(VI)与Ni(II)协同污染，但实际该菌株如何应用于去除Cr(VI)及其生物吸附、耐受性和抗性尚未探明。

发明内容

解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供了一种蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3在去除废水中六价铬的应用，该菌株为处理Cr(VI)废水中Cr(VI)污染或者Cr(VI)与Ni(II)协同污染找到了一种新思路和新方法，其活菌体对Cr(VI)废水中Cr(VI)和总铬的去除率分别高达达77.2％和64.2％。

技术方案：蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3在去除废水中六价铬的应用。

优选的，所述应用为：将对数期生长的FNXJ1-2-3菌悬液，加入废水中，在pH3.0～pH8.0、吸附温度28～36℃、转速160r/min条件下培养16～36h。

优选的，所述菌悬液中包括LB液体培养基，所述LB液体培养基组成为蛋白胨10g/L，酵母浸膏5g/L，氯化钠10g/L。

优选的，所述吸附温度为34℃。

优选的，所述培养的时间为28～32h。

优选的，所述应用的pH条件为pH7.0～pH8.0。

优选的，所述菌悬液中菌含量为0.9*10^8个/mL～4.5*10^8个/mL

优选的，所述废水中Cr(VI)的浓度小于等于30mg/L。

有益效果：单因素试验证明，Bacillus cereus FNXJ1-2-3菌悬液对Cr(VI)废水中Cr(VI) 具有极强的吸附和还原作用。优化条件下，蜡样芽孢杆菌Bacillus cereus FNXJ1-2-3菌悬液对 Cr(VI)废水中Cr(VI)和总铬的去除率分别达77.2％和64.2％。说明该菌株具有极强的处理Cr(VI)污染或者Cr(VI)与Ni(II)协同污染的潜力。所述蜡样芽孢杆菌对Cr(VI)污染还具有很强的吸附还原性、耐受性和抗性，在初始Cr(VI)浓度0～30mg/L时，主要表现为生物吸附-还原性；在初始Cr(VI)浓度为40～50mg/L时，主要表现为耐受性；在初始Cr (VI)浓度≥60时，主要表现为抗性或致死性。

附图说明

图1FNXJ1-2-3菌株在不同初始Cr(VI)浓度的Cr(VI)去除率随吸附时间的变化；

图2Cr(VI)废水中不同初始FNXJ1-2-3菌含量的Cr(VI)去除率随吸附时间的变化；

图3FNXJ1-2-3菌株在不同吸附pH的Cr(VI)去除率随吸附时间的变化；

图4FNXJ1-2-3菌株在不同吸附温度的Cr(VI)去除率随吸附时间的变化；

图5FNXJ1-2-3菌株在适宜吸附条件下的Cr(VI)和总铬去除率、菌含量。

图6FNXJ1-2-3菌株在适宜吸附条件下的Cr(VI)和总铬吸附动力学。

图7FNXJ1-2-3菌株在适宜吸附条件下对不同初始Cr(VI)浓度下的Cr(VI)生物去除率和抑菌率变化。

具体实施方式

下面结合本发明的具体内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

一、菌株的保藏

蜡样芽孢杆菌于2014年9月19日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏名称为Bacillus cereus FNXJ1-2-3，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号，保藏编号为CGMCC No.9683。有关该菌株的分离、鉴定方法详见发明专利ZL201510291867.1。

二、菌株对Cr(VI)废水中Cr(VI)的生物吸附、耐受性和抗性

实施例1蜡样芽孢杆菌对Cr(VI)的生物吸附-还原试验

1、菌悬液制备

取处于对数期蜡样芽孢杆菌LB培养液若干，于4℃、13000r/min下离心10min，加无菌水重复离心3遍，制作冻干粉。于试验前取适量冻干粉分散于无菌生理盐水中，制成的菌含量为9.0*10^10个/mL菌悬液，于4℃保藏备用。

2、Bacillus cereus FNXJ1-2-3的生物吸附-还原试验单因素试验

分别取0.1～1mL FNXJ1-2-3菌悬液，加入100mL含初始Cr(VI)浓度为0～60mg/L的LB培养液中，在pH3.0～pH8.0、吸附温度28～37℃、转速160r/min条件下培养0～32h，探索FNXJ1-2-3菌株在Cr(VI)废水中脱除Cr(VI)污染物的的单因素适宜条件。单因素试验中，预设的固定值分别如下：Cr(VI)废水含FNXJ1-2-3菌株的初始菌含量为9.0*10^8个 /mL、初始Cr(VI)浓度40mg/L、吸附pH7.0、吸附温度37℃和吸附转速160r/min。分别用二苯碳酰二肼分光光度法测定离心后反应液中残余的Cr(VI)和总Cr浓度，计算出 FNXJ1-2-3菌株对Cr(VI)和总Cr的生物去除率。

(1)在其他单因素的预设固定值下，改变初始Cr(VI)分别为10mg/L、20mg/L、30mg/L、 40mg/L、50mg/L和60mg/L，结果如图1所示；

(2)在其他单因素的预设固定值下，改变：Cr(VI)废水含FNXJ1-2-3菌株的初始菌含量为0.9*10^8个/mL、2.25*10^8个/mL、4.5*10^8个/mL、6.75*10^8个/mL和9.0*10^8个/mL，结果如图2所示；

(3)在其他单因素的预设固定值下，改变吸附pH分别为pH3.0、pH4.0、pH5.0、pH6.0、 pH7.0和pH8.0，结果如图3所示；

(4)在其他单因素的预设固定值下，改变吸附温度分别为28℃、30℃、32℃、34℃、和36℃，结果如图4所示；

3、FNXJ1-2-3菌株在最优条件下对Cr(VI)废水的生物吸附-还原动力学

分别在FNXJ1-2-3菌株对Cr(VI)的最优吸附条件pH7.0、初始Cr(VI)浓度30mg/L、34℃、160r/min、吸附时间28h下，分别于不同时间取样测定无空白Cr(VI)和离心前后反应液中的总铬和Cr(VI)浓度，计算相应的去除率，获得相应的吸附动力学方程，结果如图 5、图6和表1所示。

表1最优条件下去除Cr(VI)废水后总铬、Cr(VI)和Cr(Ⅲ)在反应液和细胞中的分布

图5和图6表明，在最优条件下，FNXJ1-2-3菌株对Cr(VI)废水中Cr(VI)和总铬的去除率曲线均呈快速上升趋势，而反应中菌含量则呈先逐渐上升，后下降的趋势。反应至28 h时，FNXJ1-2-3菌株在Cr(VI)废水中Cr(VI)和总铬去除率分别为77.2％和64.2％。Cr (VI)和总铬的生物吸附动力学方程分别为y＝0.0117x²-1.0989x+28.707(R²＝0.9972)和 y＝0.0255x²-1.5836x+28.336(R²＝0.9969)，符合二级动力学模型。无细胞的离心液中的 Cr(VI)和总铬和离心前Cr(VI)的变化曲线呈正相关，且始终保持12.9％～15.9％的差距，说明反应后溶液中既残留有Cr(VI)，又产生了Cr(Ⅲ)，通过监测离心前或离心后的Cr(VI)，即可反应Cr(VI)的生物去除情况。

表1表明，FNXJ1-2-3菌株的确具有较强的Cr(VI)去除能力，并将部分Cr(VI)还原成Cr(Ⅲ)。细胞吸附的总铬中，67.5％～92.5％是Cr(Ⅲ)。

实施例2蜡样芽孢杆菌对Cr(VI)的耐受性及抗性特征

分别向100mL的LB培养基中加入浓度分别为0mg/L、10mg/L、20mg/L、30mg/L、40mg/L、50mg/LL和60mg/L的Cr(VI)，向其中依次加入最优的对数期蜡样芽孢杆菌培养液，每个浓度设3个平行，定时随机取样，测定溶液中菌体生物量、残留的Cr(VI)和总 Cr，分别建立蜡样芽孢杆菌的菌体生物量、Cr(VI)去除率和总Cr去除率的时间关系曲线，如图7所示。

由图7可知，随着初始Cr(VI)浓度的升高，微生物的抑菌率先快速上升后趋于平缓，说明Cr(VI)对微生物的生长有明显的抑制作用，由于微生物的数量相较于初始的接种量有一定的生长，因此该菌株对于重铬酸钾又有良好的吸附性、耐受性和抗性。当初始Cr(VI) 浓度在0～30mg/L以内，总铬生物去除率和Cr(VI)生物去除率均变化不大，FNXJ1-2-3菌株表现出良好的吸附性。当初始Cr(VI)浓度在40～50mg/L时，总铬生物去除率和Cr(VI)生物去除率均呈平缓下降趋势，FNXJ1-2-3菌株表现出良好的耐受性。当初始Cr(VI)浓度在60mg/L时，总铬生物去除率和Cr(VI)生物去除率均快速下降，FNXJ1-2-3菌株表现出较强的抗性。

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3在去除废水中六价铬的应用。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述应用为：将对数期生长的 FNXJ1-2-3菌悬液，加入废水中，在pH3.0~ pH8.0、吸附温度28~36℃、转速160 r/min条件下培养16~36h。

3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：所述菌悬液中包括LB液体培养基，所述LB液体培养基组成为蛋白胨10 g/L，酵母浸膏5 g/L，氯化钠10 g/L。

4.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：所述吸附温度为34℃。

5.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：所述培养的时间为28~32 h。

6.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：所述应用的pH条件为pH7.0~ pH8.0。

7.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：所述菌悬液中菌含量为0.9*10^8 个/mL ~4.5*10^8 个/mL。

8.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：所述废水中Cr（VI）的浓度小于等于30 mg/L。